JP2005268547A - Photoelectric converter - Google Patents

Photoelectric converter Download PDF

Info

Publication number
JP2005268547A
JP2005268547A JP2004079048A JP2004079048A JP2005268547A JP 2005268547 A JP2005268547 A JP 2005268547A JP 2004079048 A JP2004079048 A JP 2004079048A JP 2004079048 A JP2004079048 A JP 2004079048A JP 2005268547 A JP2005268547 A JP 2005268547A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
photoelectric conversion
type layer
carbon
atomic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2004079048A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4443274B2 (en
Inventor
Yoshitaka Sugita
由考 椙田
Hisashi Hayakawa
尚志 早川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2004079048A priority Critical patent/JP4443274B2/en
Publication of JP2005268547A publication Critical patent/JP2005268547A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4443274B2 publication Critical patent/JP4443274B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric converter obtaining high photoelectric conversion efficiency without adding carbon in high concentration to a p-type layer or n-type layer. <P>SOLUTION: The photoelectric converter comprises a photoelectric conversion layer constituted by laminating a first conductive layer of semiconductor, an i-type layer of microcrystal semiconductor, and a second conductive layer of semiconductor in this order. At least one of the first conductive layer and the second conductive layer is the carbon-containing layer of microcrystal silicon containing a carbon atom. High photoelectric conversion efficiency is obtained in the case where the volume of carbon contained in the semiconductor layer is small, for example, even in the case where carbon atom density is 0.1 to 9.8 atom% by forming at least one of the first conductive layer and the second conductive layer using the microcrystal silicon containing the carbon atom. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光電変換装置の高効率化技術に関するものである。   The present invention relates to a technology for improving the efficiency of a photoelectric conversion device.

太陽電池市場の拡大に伴い、低コスト化を図る次世代太陽電池技術として、薄膜シリコン太陽電池が注目されている。該薄膜シリコン太陽電池は、ガラス基板やステンレス基板などの上に、プラズマCVD法などにより、膜厚数μm程度のシリコン薄膜を堆積させることにより形成される。したがって、シリコン使用量が低減できるだけでなく、一回の製膜で大面積の太陽電池を形成できるので、低コスト化が可能になるのである。また、薄膜シリコン半導体層は500℃以下の低温プロセスで形成できるため、1500℃以上の温度を必要とするバルク結晶系太陽電池と比較して、製造時の投入エネルギーを大幅に低減することができる。   With the expansion of the solar cell market, thin-film silicon solar cells are attracting attention as next-generation solar cell technologies for reducing costs. The thin film silicon solar cell is formed by depositing a silicon thin film having a film thickness of about several μm on a glass substrate, a stainless steel substrate or the like by a plasma CVD method or the like. Therefore, not only the amount of silicon used can be reduced, but also a large area solar cell can be formed by a single film formation, so that the cost can be reduced. In addition, since the thin-film silicon semiconductor layer can be formed by a low-temperature process of 500 ° C. or less, the input energy at the time of manufacture can be greatly reduced as compared with a bulk crystal solar cell that requires a temperature of 1500 ° C. or more. .

上記薄膜シリコン太陽電池の光電変換層は、一般的に、水素化アモルファスシリコンや水素化微結晶シリコンなどの半導体薄膜により形成される。
以上述べてきたように、上記薄膜シリコン太陽電池は、大面積同時形成や投入エネルギー低減効果により、低コスト化が可能であるという利点を持ちながらも、現実的にはバルク結晶系太陽電池と比較して大きく市場拡大するには到っていない。その主要因は、バルク結晶系太陽電池と較べて低い光電変換効率であると考えられる。すなわち、太陽電池の光電変換効率は低くなればなるほど、同発電容量をまかなうための太陽電池モジュール枚数が増加し、それとともに設置コストも増大するため、低コストの薄膜シリコン太陽電池を用いているにも関わらず、システム価格が必ずしもバルク結晶系太陽電池より低くならないという問題がある。したがって、薄膜シリコン太陽電池の本格普及のためには高効率化が重要な課題である。
The photoelectric conversion layer of the thin film silicon solar cell is generally formed of a semiconductor thin film such as hydrogenated amorphous silicon or hydrogenated microcrystalline silicon.
As described above, the thin-film silicon solar cell has the advantage of being able to reduce the cost due to the simultaneous formation of large areas and the effect of reducing input energy, but it is practically compared with bulk crystal solar cells. As a result, the market has not expanded significantly. The main factor is considered to be a low photoelectric conversion efficiency compared with the bulk crystal solar cell. In other words, the lower the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, the more the number of solar cell modules for covering the same power generation capacity, and the installation cost increases at the same time, so low-cost thin-film silicon solar cells are used. Nevertheless, there is a problem that the system price is not necessarily lower than that of a bulk crystal solar cell. Therefore, high efficiency is an important issue for full-scale spread of thin film silicon solar cells.

薄膜シリコン太陽電池の高効率化のために用いられる従来技術の一つに、太陽電池の光入射面側の半導体層(以下、窓層とよぶ)のワイドバンドギャップ化が挙げられる。上記薄膜シリコン太陽電池は、窓層のバンドギャップを広げることにより、該層における光吸収損失の低減による短絡電流密度の増加と、拡散電位の増加による開放電圧の増加が得られるので、光電変換効率を高めることができる。上記のような窓層のワイドバンドギャップ化に関する従来技術として、特許文献1に記載の薄膜太陽電池が挙げられる。当該文献記載の薄膜太陽電池は、p型導電性のp型層、実質的に真性なi型層、n型導電性のn型層を積層してなる少なくとも一つのpin接合を含む光電変換層と、その光電変換層の光入射側に備えられた導電性で、且つ光透過性の第1電極と、その第1電極と対向する面に備えられた第2電極とを有する薄膜光電変換素子において、pin接合を構成するi型層が、微結晶シリコン又は微結晶シリコンゲルマニウムからなり、これと接するp型層、n型層の少なくとも一方が、微結晶シリコンカーバイドと微結晶シリコンとの混晶であることを特徴とする。   One of the conventional techniques used for increasing the efficiency of a thin-film silicon solar cell is a wide band gap of a semiconductor layer (hereinafter referred to as a window layer) on the light incident surface side of the solar cell. The thin-film silicon solar cell can increase the short-circuit current density by reducing the light absorption loss in the layer and increase the open-circuit voltage by increasing the diffusion potential by widening the band gap of the window layer. Can be increased. As a conventional technique related to the wide band gap of the window layer as described above, there is a thin film solar cell described in Patent Document 1. The thin film solar cell described in the document includes a p-type conductive p-type layer, a substantially intrinsic i-type layer, and a photoelectric conversion layer including at least one pin junction formed by laminating an n-type conductive n-type layer. A thin-film photoelectric conversion element having a conductive and light-transmissive first electrode provided on the light incident side of the photoelectric conversion layer, and a second electrode provided on a surface facing the first electrode , The i-type layer constituting the pin junction is made of microcrystalline silicon or microcrystalline silicon germanium, and at least one of the p-type layer and the n-type layer in contact therewith is a mixed crystal of microcrystalline silicon carbide and microcrystalline silicon. It is characterized by being.

微結晶シリコンカーバイドのバンドギャップは、微結晶シリコンのバンドギャップよりも大きいため、p型層又はn型層での光吸収が減少し、光電変換効率が向上する。
特開2002−16271号公報
Since the band gap of microcrystalline silicon carbide is larger than the band gap of microcrystalline silicon, light absorption in the p-type layer or the n-type layer is reduced, and photoelectric conversion efficiency is improved.
JP 2002-16271 A

従来の薄膜太陽電池では、微結晶シリコンカーバイドを含有させたことによるワイドバンドギャップ効果を発生させるには、微結晶シリコンカーバイドと微結晶シリコンとの混晶の炭素量を少なくとも10原子%以上の高い濃度にする必要がある(特許文献1の段落9参照。)。   In the conventional thin film solar cell, in order to generate the wide band gap effect due to the inclusion of microcrystalline silicon carbide, the carbon content of the mixed crystal of microcrystalline silicon carbide and microcrystalline silicon is at least 10 atomic% or higher. It is necessary to make the concentration (see paragraph 9 of Patent Document 1).

しかし、炭素量を10原子%以上にすると、微結晶シリコンカーバイドを含む層とi型層との間で、バンドギャップの不連続とミスマッチが大きくなるため、キャリア・ライフタイムが短い高濃度欠陥領域が形成され、却って、光電変換効率が低下する場合がある。 また、上記高濃度欠陥領域の発生を抑えるために、微結晶シリコンカーバイドを含む層とi型層との間に、炭素を含まない微結晶シリコン層又は炭素濃度を徐々に減らした界面層を挿入するという方法がある(特許文献1の段落7、8参照。)。しかし、該界面層の形成には、大面積に亘って均一に非常に薄い薄膜を形成する技術が必要であるため、作製プロセスコストの増大や歩留まりの低下を引き起こすため、上記のような界面層を用いずに光電変換効率を向上させることが望ましい。   However, if the carbon content is 10 atomic% or more, the band gap discontinuity and mismatch increase between the layer containing microcrystalline silicon carbide and the i-type layer, so that the high-concentration defect region with a short carrier lifetime is obtained. On the contrary, the photoelectric conversion efficiency may decrease. In addition, in order to suppress the occurrence of the high-concentration defect region, a microcrystalline silicon layer not containing carbon or an interface layer with a gradually reduced carbon concentration is inserted between the layer containing microcrystalline silicon carbide and the i-type layer. (See paragraphs 7 and 8 of Patent Document 1). However, since the formation of the interface layer requires a technique for forming a very thin thin film uniformly over a large area, it causes an increase in manufacturing process costs and a decrease in yield. It is desirable to improve the photoelectric conversion efficiency without using.

本発明は、係る事情に鑑みてなされてものであり、p型層又はn型層に高濃度の炭素を添加させることなく、高い光電変換効率が得られる光電変換装置を提供するものである。   This invention is made | formed in view of the situation which concerns, and provides the photoelectric conversion apparatus with which high photoelectric conversion efficiency is obtained, without adding high concentration carbon to a p-type layer or an n-type layer.

本発明の光電変換装置は、半導体からなる第1導電型層、微結晶半導体からなるi型層及び半導体からなる第2導電型層をこの順に重ねて有する光電変換層を備え、第1導電型層及び第2導電型層の少なくとも一方は、炭素原子を含有した微結晶シリコンからなる炭素含有層である。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a photoelectric conversion layer having a first conductive type layer made of a semiconductor, an i-type layer made of a microcrystalline semiconductor, and a second conductive type layer made of a semiconductor stacked in this order, and the first conductive type At least one of the layer and the second conductivity type layer is a carbon-containing layer made of microcrystalline silicon containing carbon atoms.

発明者は、第1導電型層及び第2導電型層の少なくとも一方を、炭素原子を含有した微結晶シリコンからなる炭素含有層とすることにより、炭素含有層に含まれる炭素量が少ない場合、例えば、炭素原子の濃度が0.1〜9.8原子%である場合であっても、高い光電変換効率が得られることを見出し、本発明の完成に到った。   The inventor makes at least one of the first conductivity type layer and the second conductivity type layer a carbon-containing layer made of microcrystalline silicon containing carbon atoms, so that the amount of carbon contained in the carbon-containing layer is small. For example, even when the concentration of carbon atoms is 0.1 to 9.8 atomic%, it has been found that high photoelectric conversion efficiency can be obtained, and the present invention has been completed.

本発明によれば、炭素含有層に含まれる炭素量が少ない場合であっても、高い光電変換効率が得られる。さらに、炭素含有層に含まれる炭素量が少ないため、炭素含有層とi型層との間における、バンドギャップの不連続又はミスマッチが小さい。従って、両層の間に、界面層などを設ける必要がなく、簡易に、かつ、安価で、光電変換効率が高い光電変換装置を得ることができる。   According to the present invention, high photoelectric conversion efficiency can be obtained even when the amount of carbon contained in the carbon-containing layer is small. Furthermore, since the amount of carbon contained in the carbon-containing layer is small, the band gap discontinuity or mismatch between the carbon-containing layer and the i-type layer is small. Therefore, it is not necessary to provide an interface layer between the two layers, and a photoelectric conversion device that is simple, inexpensive, and has high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

また、炭素含有層は、微結晶シリコンで形成される。一般的に、微結晶シリコンは、微結晶シリコンカーバイドなどと比べて、低い温度で形成することができる。そのため、本発明の光電変換装置は、少ないエネルギーで製造することができる。さらに、光電変換層を低融点のプラスチック基板などの安価な基板上に形成することが可能になるので、製造コストの低減につながる。   The carbon-containing layer is made of microcrystalline silicon. In general, microcrystalline silicon can be formed at a lower temperature than microcrystalline silicon carbide or the like. Therefore, the photoelectric conversion device of the present invention can be manufactured with less energy. Furthermore, the photoelectric conversion layer can be formed on an inexpensive substrate such as a low melting point plastic substrate, which leads to a reduction in manufacturing cost.

また、本発明によれば、炭素含有層の炭素原子の濃度を0.1〜9.8原子%にすることにより、光電変換効率が高い光電変換装置を得ることができる。   Moreover, according to this invention, the photoelectric conversion apparatus with high photoelectric conversion efficiency can be obtained by making the density | concentration of the carbon atom of a carbon containing layer into 0.1-9.8 atomic%.

本発明の光電変換装置は、半導体からなる第1導電型層、微結晶半導体からなるi型層及び半導体からなる第2導電型層をこの順に重ねて有する光電変換層を備え、第1導電型層及び第2導電型層の少なくとも一方は、炭素原子を含有した微結晶シリコンからなる炭素含有層である。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a photoelectric conversion layer having a first conductive type layer made of a semiconductor, an i-type layer made of a microcrystalline semiconductor, and a second conductive type layer made of a semiconductor stacked in this order, and the first conductive type At least one of the layer and the second conductivity type layer is a carbon-containing layer made of microcrystalline silicon containing carbon atoms.

本発明の光電変換装置は、具体的には、例えば、以下の態様で実施される。   Specifically, the photoelectric conversion device of the present invention is implemented, for example, in the following manner.

1.スーパーストレート型構造
1−1.一般的事項
本発明の第1の実施形態に係る光電変換装置は、透光性基板上に、透明導電層、上記の光電変換層及び裏面電極をこの順に重ねて備える。この場合、透光性基板側が光入射面となる。また、光電変換層と裏面電極との間に裏面透明導電層を備えることが好ましい。
1. Super straight type structure 1-1. General Matters The photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention includes a transparent conductive layer, the photoelectric conversion layer, and the back electrode stacked in this order on a translucent substrate. In this case, the light transmissive substrate side is the light incident surface. Moreover, it is preferable to provide a back surface transparent conductive layer between the photoelectric conversion layer and the back surface electrode.

1−2.透光性基板
透光性基板としては、ガラス板、ポリイミド若しくはポリビニルなどの耐熱性を有する透光性樹脂、又はそれらが積層されたものなどが好適に用いられるが、光透過性が高く光電変換装置全体を構造的に支持し得るものであれば特に限定されない。また、それらの表面に金属膜、透明導電膜、又は絶縁膜などを被覆したものであってもよい。
1-2. Translucent Substrate As the translucent substrate, a glass plate, a translucent resin having heat resistance such as polyimide or polyvinyl, or a laminate of them is preferably used. There is no particular limitation as long as the entire apparatus can be structurally supported. Further, a metal film, a transparent conductive film, or an insulating film may be coated on the surface.

1−3.透明導電層
透明導電層は、透明導電性の材料からなり、例えば、ITO、酸化錫又は酸化亜鉛などの透明導電性膜を単層又は積層させたものを用いることができる。透明導電層は、電極としての役割を担っているので、電気伝導性が高い方が好ましく、微量の不純物を添加することで電気伝導性を向上させたものを用いることもできる。透明導電層の製造方法としては、スパッタリング法、CVD法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法及び電析法などの公知の方法が挙げられる。また、透明導電層の表面に凹凸形状が形成されていることが望ましい。この凹凸によって、透光性基板側から入射した入射光を散乱・屈折させて光路長を伸ばすことができるので、光電変換層内での光閉じ込め効果が高まり短絡電流の向上が期待できる。上記凹凸の形成方法としては、一旦透明導電層を堆積させたのちにエッチング法やサンドブラストのような機械加工により形成する方法のほかに、透明導電層製膜時に膜材料の結晶成長により形成される表面凹凸を利用する方法、結晶成長面が配向しているために規則的な表面凹凸が形成されることを利用する方法などを用いてもよい。
膜材料の結晶成長時に形成される凹凸を利用した基板として、白板ガラス上にCVD法により酸化錫層を堆積させた基板(商品名Asahi−U)を基板として用い、さらに該基板上に、スパッタリング法で酸化亜鉛層を堆積させてもよい。この場合、後に光電変換層を形成する際に、上記酸化錫層がプラズマによる損傷を受けるのを防止することができるので、より好ましい。
1-3. Transparent conductive layer The transparent conductive layer is made of a transparent conductive material. For example, a single layer or a stacked layer of transparent conductive films such as ITO, tin oxide, or zinc oxide can be used. Since the transparent conductive layer plays a role as an electrode, it is preferable that the electrical conductivity is high, and a layer whose electrical conductivity is improved by adding a small amount of impurities can also be used. Examples of the method for producing the transparent conductive layer include known methods such as a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, a sol-gel method, a spray method, and an electrodeposition method. Further, it is desirable that an uneven shape is formed on the surface of the transparent conductive layer. This unevenness can scatter and refract incident light incident from the translucent substrate side to extend the optical path length, so that the light confinement effect in the photoelectric conversion layer is enhanced and the short circuit current can be expected to be improved. As the method for forming the unevenness, in addition to the method of forming the transparent conductive layer once and then forming it by mechanical processing such as etching or sandblasting, it is formed by crystal growth of the film material when forming the transparent conductive layer. A method using surface irregularities, a method utilizing the formation of regular surface irregularities because the crystal growth surface is oriented, or the like may be used.
A substrate (trade name Asahi-U) in which a tin oxide layer is deposited on a white plate glass by a CVD method is used as a substrate utilizing unevenness formed during crystal growth of a film material, and sputtering is further performed on the substrate. A zinc oxide layer may be deposited by the method. In this case, when the photoelectric conversion layer is formed later, it is more preferable because the tin oxide layer can be prevented from being damaged by plasma.

1−4.光電変換層
1−4−1.一般的事項
光電変換層は、透明導電層上に形成される。光電変換層は、半導体からなる第1導電型層、微結晶半導体からなるi型層、半導体からなる第2導電型層をこの順に重ねて有する。また、第1導電型層及び第2導電型層の少なくとも一方は、炭素原子を含有した微結晶シリコンからなる。ここで、「微結晶」とは、結晶相とアモルファス相とが混在した状態を意味する。従って、「微結晶シリコン」とは、結晶シリコンとアモルファスシリコンとが混在した状態を意味する。また、「炭素原子を含有した微結晶シリコン」とは、微結晶シリコン中に炭素原子が含有されている状態を意味する。言い換えると、これは、シリコンカーバイドの結晶相を実質的に含まない状態を意味する。この状態は、例えば、上記炭素原子を含有した微結晶シリコンのラマン散乱スペクトルを観測したとき、シリコンカーバイド結晶中のシリコン−カーボン結合に帰属されるピークが実質的に検出されないことによって確認することができる。この状態は、また、X線回折法においてシリコンカーバイド結晶構造に帰属される回折ピークが実質的に検出されないことによって確認してもよい。
上記第1導電型層または第2導電型層中の炭素原子の含有量は、二次イオン質量分析(SIMS)により求めることができる。また、「炭素原子を含有した」には、微量の炭素原子が含有されている場合、例えば、0.01原子%より小さい濃度で炭素原子が含有されている場合は、含まれない。また、用語「微結晶シリコン」及び「アモルファスシリコン」は、それぞれ、当該分野で一般的に使われる、水素化微結晶シリコン及び水素化アモルファスシリコンを含むものとする。
1-4. Photoelectric conversion layer 1-4-1. General Matters The photoelectric conversion layer is formed on the transparent conductive layer. The photoelectric conversion layer includes a first conductive type layer made of a semiconductor, an i-type layer made of a microcrystalline semiconductor, and a second conductive type layer made of a semiconductor in this order. At least one of the first conductivity type layer and the second conductivity type layer is made of microcrystalline silicon containing carbon atoms. Here, “microcrystal” means a state in which a crystal phase and an amorphous phase are mixed. Therefore, “microcrystalline silicon” means a state in which crystalline silicon and amorphous silicon are mixed. The term “microcrystalline silicon containing carbon atoms” means a state in which carbon atoms are contained in the microcrystalline silicon. In other words, this means a state that does not substantially contain the crystalline phase of silicon carbide. This state can be confirmed by, for example, that when a Raman scattering spectrum of the microcrystalline silicon containing the carbon atom is observed, a peak attributed to a silicon-carbon bond in the silicon carbide crystal is not substantially detected. it can. This state may also be confirmed by substantially not detecting a diffraction peak attributed to the silicon carbide crystal structure in the X-ray diffraction method.
The carbon atom content in the first conductivity type layer or the second conductivity type layer can be determined by secondary ion mass spectrometry (SIMS). Further, “containing carbon atoms” does not include a case where a trace amount of carbon atoms is contained, for example, a case where carbon atoms are contained at a concentration of less than 0.01 atomic%. Also, the terms “microcrystalline silicon” and “amorphous silicon” are intended to include hydrogenated microcrystalline silicon and hydrogenated amorphous silicon, respectively, commonly used in the art.

1−4−2. 第1導電型層及び第2導電型層
1−4−2−1.一般的事項
第1導電型層及び第2導電型層は、それぞれn型及びp型、又はこの逆の導電型の半導体からなる層である。p型層の導電性決定元素としては、ボロン、アルミニウム又はガリウムなどの不純物原子を用いることができる。n型層の導電性決定元素としては、リン、窒素又は酸素などの不純物原子を用いることができる。
1-4-2. First conductivity type layer and second conductivity type layer 1-4-2-1. General Matters The first conductivity type layer and the second conductivity type layer are layers made of semiconductors of n type and p type, or vice versa. As the conductivity determining element of the p-type layer, impurity atoms such as boron, aluminum, or gallium can be used. As the conductivity determining element of the n-type layer, impurity atoms such as phosphorus, nitrogen or oxygen can be used.

また、第1導電型層及び第2導電型層の一方は、炭素原子を含有した微結晶シリコンからなる炭素含有層である。この場合、炭素含有層に含まれる炭素量が少ない場合であっても、高い光電変換効率が得られる。高い光電変換効率が得られる理由は、必ずしも明らかでないが、炭素含有層のバンドギャップが広がって拡散電位が増加すること、炭素原子を含むアモルファス相による結晶粒界の界面パッシベーション及び炭素含有層/i型層界面パッシベーションの効果により界面再結合が低減すること、などが考えられる。また、従来技術と比較して低炭素濃度で開放電圧向上効果が現れるので、不純物添加による欠陥密度の増加が少ないこと、不純物添加による導電型決定元素の活性化効率の低下を抑制できること、不純物添加による炭素含有層中のアモルファス相の比率の増加を抑制できること、及びi型層とのバンドギャップの不連続性を抑制するための界面層を必要としないことなどの利点(低濃度の炭素添加の効果)がある。
また、第1導電型層及び第2導電型層の他方は、半導体からなり、具体的には、シリコン、シリコンに炭素が添加されたSix1-x又はゲルマニウムが添加されたSixGe1-xなどからなる。この層は、多結晶、微結晶又はアモルファスである。また、この層は、好ましくは、微結晶シリコン又はアモルファスシリコンからなり、さらに好ましくは、炭素原子を含有した微結晶シリコンからなる。
One of the first conductivity type layer and the second conductivity type layer is a carbon-containing layer made of microcrystalline silicon containing carbon atoms. In this case, even when the amount of carbon contained in the carbon-containing layer is small, high photoelectric conversion efficiency can be obtained. The reason why the high photoelectric conversion efficiency can be obtained is not necessarily clear, but the band gap of the carbon-containing layer is widened to increase the diffusion potential, the interface passivation of the crystal grain boundary due to the amorphous phase containing carbon atoms, and the carbon-containing layer / i. It is conceivable that interface recombination is reduced by the effect of mold layer interface passivation. In addition, since the open circuit voltage improvement effect appears at a low carbon concentration as compared with the prior art, the increase in defect density due to the addition of impurities is small, the decrease in the activation efficiency of the conductivity determining element due to the addition of impurities can be suppressed, the addition of impurities Advantages such as the ability to suppress the increase in the ratio of the amorphous phase in the carbon-containing layer due to the flammability and the need for an interface layer to suppress the discontinuity of the band gap with the i-type layer (such as the addition of low-concentration carbon effective.
The other of the first conductivity type layer and the second conductivity type layer is made of a semiconductor. Specifically, Si x C 1-x in which carbon is added to silicon, or Si x Ge in which germanium is added. It consists of 1-x . This layer is polycrystalline, microcrystalline or amorphous. Further, this layer is preferably made of microcrystalline silicon or amorphous silicon, and more preferably made of microcrystalline silicon containing carbon atoms.

1−4−2−2.炭素濃度
また、炭素含有層は、その中に含まれる炭素原子の濃度(以下、「炭素濃度」という。)が0.1〜9.8原子%であることが好ましい。この場合に、特に高い光電変換効率が得られるからである。
1-4-2-2. Carbon concentration The carbon-containing layer preferably has a carbon atom concentration (hereinafter referred to as “carbon concentration”) of 0.1 to 9.8 atomic%. This is because a particularly high photoelectric conversion efficiency can be obtained in this case.

また、炭素含有層は、その中に含まれる炭素濃度が3.3〜9.8原子%であることが好ましい。この場合、さらに大きな開放電圧向上効果を得ることができ、その結果、さらに高い光電変換効率が得られるからである。炭素濃度が3.3原子%以上の場合は、上述の拡散電位の増加及び界面再結合低減などの効果が相乗的に現れるため、さらに高い開放電圧を得ることができ、その結果、さらに高い光電変換効率を得ることができると考えられる。   Moreover, it is preferable that the carbon concentration contained in a carbon containing layer is 3.3-9.8 atomic%. In this case, an even larger open-circuit voltage improving effect can be obtained, and as a result, higher photoelectric conversion efficiency can be obtained. When the carbon concentration is 3.3 atomic% or more, the effects such as the increase of the diffusion potential and the reduction of interface recombination appear synergistically, so that a higher open-circuit voltage can be obtained. It is thought that conversion efficiency can be obtained.

1−4−2−3.水素濃度
また、炭素含有層は、その中に含まれる水素原子の濃度(以下、「水素濃度」という。)が5〜15原子%であることが好ましい。5原子%よりも低い場合、光電変換効率が低下する。これは、微結晶シリコンのバンドギャップが小さくなること、透過率が低くなること、及び水素原子によるパッシベーション効果が十分得られないことなどの理由により、開放電圧、短絡電流密度及び形状因子が減少するためであると考えられる。また、15原子%よりも高い場合も光電変換効率が低下する。これは、微結晶シリコン中に過剰に入り込んだ水素原子によってシリコンの原子配列が乱されるなどの理由によると考えられる。ここで上記水素濃度とは、二次イオン質量分析(SIMS)により求めた値である。
1-4-2-3. Hydrogen concentration Moreover, it is preferable that the concentration of hydrogen atoms contained in the carbon-containing layer (hereinafter referred to as “hydrogen concentration”) is 5 to 15 atomic%. When it is lower than 5 atomic%, the photoelectric conversion efficiency decreases. This is because the open-circuit voltage, short-circuit current density, and form factor decrease due to the fact that the band gap of microcrystalline silicon is reduced, the transmittance is lowered, and the passivation effect by hydrogen atoms is not sufficiently obtained. This is probably because of this. Moreover, when it is higher than 15 atomic%, the photoelectric conversion efficiency is lowered. This is presumably because the atomic arrangement of silicon is disturbed by hydrogen atoms that have excessively entered microcrystalline silicon. Here, the hydrogen concentration is a value obtained by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

1−4−2−4.形成温度
炭素含有層は、90〜250℃で形成されることが好ましい。90℃より低い場合、プラズマ中の原子状水素によるエッチング効果が生じ易くなり、このため、炭素含有層を均一に形成することが困難になるからである。また、250℃より高い場合、微結晶シリコン中から水素の脱離が生じ易くなり、さらに、微結晶シリコン成長表面における水素被覆率の低下により結晶相の体積分率が低下するからである。また、炭素含有層は、シリコンカーバイドの結晶相を含む必要がないため、とりわけ高温にしなければならない理由はない。
1-4-2-4. Formation temperature It is preferable that a carbon containing layer is formed at 90-250 degreeC. When the temperature is lower than 90 ° C., an etching effect due to atomic hydrogen in the plasma tends to occur, and it is difficult to form a carbon-containing layer uniformly. Further, when the temperature is higher than 250 ° C., hydrogen is likely to be desorbed from the microcrystalline silicon, and the volume fraction of the crystal phase is decreased due to the decrease in the hydrogen coverage on the surface of the microcrystalline silicon growth. In addition, since the carbon-containing layer does not need to contain a silicon carbide crystal phase, there is no reason for the high temperature.

また、炭素含有層の形成温度を変化させることで、炭素含有層の水素濃度を容易に制御でき、温度を90〜250℃とすることにより、炭素含有層の水素濃度を5〜15原子%とすることができる。   Moreover, by changing the formation temperature of the carbon-containing layer, the hydrogen concentration of the carbon-containing layer can be easily controlled. By setting the temperature to 90 to 250 ° C., the hydrogen concentration of the carbon-containing layer is 5 to 15 atomic%. can do.

1−4−3.i型層
i型層は、特に不純物を添加していない微結晶半導体からなり、好ましくは、微結晶シリコンからなる。ただし、実質的に真性な半導体であれば、少量の不純物元素が含まれていてもよい。また、i型層は、炭素が添加されたSix1-x、又はゲルマニウムが添加されたSixGe1-xなどからなってもよい。
1-4-3. i-type layer The i-type layer is made of a microcrystalline semiconductor to which no impurity is added, and is preferably made of microcrystalline silicon. However, a small amount of impurity elements may be included as long as it is a substantially intrinsic semiconductor. The i-type layer may be made of Si x C 1-x to which carbon is added, Si x Ge 1-x to which germanium is added, or the like.

1−4−4.形成方法
光電変換層の各層は、CVD法(常圧CVD、減圧CVD、プラズマCVD、熱CVD、ホットワイヤーCVD又はMOCVD法など)などで形成することができる。CVD法により各層を形成する場合に使用するシリコン含有ガスとしては、SiH4又はSi26などシリコン原子を含むものであれば特に限定されないが、一般的にSiH4を用いる場合が多い。上記シリコン含有ガスとともに使用される希釈ガスとしては、H2、Ar又はHeなどを用いることができるが、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンの形成時にはH2を用いる場合が多い。また、p型層又はn型層形成時には、上記シリコン含有ガス及び希釈ガスとともにドーピングガスを使用し、該ドーピングガスは目的とする型の導電性決定元素を含むガスであれば特に限定されないが、一般的にp型導電性決定元素がボロンである場合はB26を、n型導電性決定元素がリンである場合はPH3を用いる場合が多い。上記プラズマCVD法により光電変換層を形成する際に、基板温度、圧力、ガス流量及びプラズマへの投入電力などの製膜パラメータを適切に制御することで、アモルファス相と結晶相の存在比率を制御することが可能である。また、炭素含有層形成時に使用する炭素含有ガスとしては、炭化水素(CH4又はC26など)などの炭素原子を含むものを用いることができる。
1-4-4. Formation Method Each layer of the photoelectric conversion layer can be formed by a CVD method (atmospheric pressure CVD, low pressure CVD, plasma CVD, thermal CVD, hot wire CVD, MOCVD method, or the like). The silicon-containing gas used when forming each layer by the CVD method is not particularly limited as long as it contains silicon atoms such as SiH 4 or Si 2 H 6, but generally SiH 4 is often used. As a diluent gas used together with the silicon-containing gas, H 2 , Ar, or He can be used, but H 2 is often used when forming amorphous silicon or microcrystalline silicon. Further, when forming the p-type layer or the n-type layer, a doping gas is used together with the silicon-containing gas and the dilution gas, and the doping gas is not particularly limited as long as it includes a target type conductivity determining element. In general, B 2 H 6 is often used when the p-type conductivity determining element is boron, and PH 3 is often used when the n-type conductivity determining element is phosphorus. When the photoelectric conversion layer is formed by the plasma CVD method, the existence ratio of the amorphous phase and the crystalline phase is controlled by appropriately controlling the film forming parameters such as the substrate temperature, the pressure, the gas flow rate, and the input power to the plasma. Is possible. As the carbon-containing gas to be used for the carbon-containing layer formed, it is possible to use those containing carbon atoms such as a hydrocarbon (such as CH 4 or C 2 H 6).

1−5.裏面透明導電層
光電変換層上に、好ましくは、裏面透明導電層が形成される。この場合、入射光に対する光閉じ込め向上効果や光反射率向上効果が得られる。また、裏面電極に含まれる元素の光電変換層への拡散を抑制することができる。裏面透明導電層は、1−3で述べた透明導電層と同様の材料及び製法にて形成することができる。
1-5. Backside transparent conductive layer Preferably, a backside transparent conductive layer is formed on the photoelectric conversion layer. In this case, the effect of improving the light confinement and the light reflectance with respect to the incident light can be obtained. In addition, diffusion of elements contained in the back electrode to the photoelectric conversion layer can be suppressed. A back surface transparent conductive layer can be formed by the same material and manufacturing method as the transparent conductive layer described in 1-3.

1−6.裏面電極
裏面電極は、導電層が少なくとも1層以上あればよく、光反射率が大きく導電率が高い程好ましい。裏面電極は、光電変換層上に、又は裏面透明導電層上に形成される。裏面電極は、可視光反射率の高い銀、アルミニウム、チタン若しくはパラジウムなどの金属材料、又はこれらの合金などで形成することができる。裏面電極は、CVD法、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スプレー法又はスクリーン印刷法などで形成することができる。裏面電極は、光電変換層で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層に戻すため、光電変換効率の向上に寄与する。
1-6. Back Electrode The back electrode only needs to have at least one conductive layer, and the higher the light reflectivity, the higher the conductivity. The back electrode is formed on the photoelectric conversion layer or on the back transparent conductive layer. The back electrode can be formed of a metal material such as silver, aluminum, titanium, or palladium having a high visible light reflectance, or an alloy thereof. The back electrode can be formed by a CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, a spray method, a screen printing method, or the like. The back electrode reflects light that has not been absorbed by the photoelectric conversion layer and returns it to the photoelectric conversion layer again, which contributes to an improvement in photoelectric conversion efficiency.

1−7.その他
スーパーストレート型光電変換装置は、通常、透明導電層が形成された透光性基板上に、第1導電型層、i型層及び第2導電型層をこの順に重ねて備える。第1導電型層及び第2導電型層の何れが炭素含有層であってもよいが、第1導電型層が炭素含有層であることが好ましい。入射光は、第1導電型層、i型層及び第2導電型層をこの順で通過するので、第1導電型層が炭素含有層であることにより、炭素含有層を設けた効果が大きくなるからである。
1-7. Others A super-straight type photoelectric conversion device usually includes a first conductive type layer, an i-type layer, and a second conductive type layer stacked in this order on a transparent substrate on which a transparent conductive layer is formed. Either the first conductivity type layer or the second conductivity type layer may be a carbon-containing layer, but the first conductivity type layer is preferably a carbon-containing layer. Since the incident light passes through the first conductivity type layer, the i-type layer, and the second conductivity type layer in this order, the effect of providing the carbon-containing layer is large because the first conductivity-type layer is a carbon-containing layer. Because it becomes.

また、本発明によれば、第1導電型層の炭素含有量を少なくすることができるので、第1導電型層の結晶化率を高くすることができる。第1導電型層はi型層を形成する際の下地層となるが、第1導電型層の結晶化率を高くすることによって、その上に形成されるi型層の結晶化率も高くすることができ、その結果、光電変換効率を向上させることができる。   Further, according to the present invention, since the carbon content of the first conductivity type layer can be reduced, the crystallization rate of the first conductivity type layer can be increased. The first conductivity type layer serves as an underlayer for forming the i-type layer. By increasing the crystallization rate of the first conductivity type layer, the crystallization rate of the i-type layer formed thereon is also increased. As a result, the photoelectric conversion efficiency can be improved.

すなわち、第1導電型層は、窓層として優れ、かつ下地層として優れている。従来は、このような層を形成することができなかったので、本発明は、特に、スーパーストレート型光電変換装置において優れた効果をもたらす。   That is, the first conductivity type layer is excellent as a window layer and excellent as an underlayer. Conventionally, since such a layer could not be formed, the present invention brings about an excellent effect particularly in a super straight type photoelectric conversion device.

なお、第1導電型層及び第2導電型層の両方が炭素含有層であることが好ましい。この場合、上記効果に加え、第2導電型層を炭素含有層としたことにより、さらなる光電変換効率の向上が期待できる。   In addition, it is preferable that both a 1st conductivity type layer and a 2nd conductivity type layer are carbon containing layers. In this case, in addition to the above effects, further improvement in photoelectric conversion efficiency can be expected by making the second conductivity type layer a carbon-containing layer.

なお、結晶化率Ic/Iaは、(1)測定対象となる層を露出させ、(2)その層の表面にアルゴンイオンレーザー(514.5nm)を約10mWで照射し、(3)そのラマン散乱スペクトルを測定して得られた、520cm-1付近にある結晶半導体のピーク高さをIc、480cm-1付近にある非晶質半導体のピーク高さをIaとし、(4)IcとIaのそれぞれのピーク強度比Ic/Iaを求める工程を備える方法によって、求めることができる。なお、結晶化率は、微結晶半導体層に含まれる結晶半導体部分の体積分率と正の相関がある。 The crystallization rate Ic / Ia was determined by (1) exposing the layer to be measured, (2) irradiating the surface of the layer with an argon ion laser (514.5 nm) at about 10 mW, and (3) the Raman. The peak height of the crystalline semiconductor near 520 cm −1 obtained by measuring the scattering spectrum is Ic, the peak height of the amorphous semiconductor near 480 cm −1 is Ia, and (4) Ic and Ia It can obtain | require by the method provided with the process of calculating | requiring each peak intensity ratio Ic / Ia. Note that the crystallization rate has a positive correlation with the volume fraction of the crystalline semiconductor portion included in the microcrystalline semiconductor layer.

測定対象となる層は、その上層を斜め研磨法などで除去することにより、露出させることができる。   The layer to be measured can be exposed by removing the upper layer by an oblique polishing method or the like.

2.スーパーストレート型構造(積層型)
2−1.構成、作用
本発明の第2の実施形態に係る光電変換装置は、透光性基板上に、透明導電層、複数の光電変換層(各光電変換層は、上記記載のものである。)及び裏面電極をこの順に重ねて備える。また、光電変換層と裏面電極との間に裏面透明導電層を備えることが好ましい。 また、上下に隣接する2つの光電変換層間には、中間層が形成されていることが好ましい。複数の光電変換層は、例えば、基板側から第1の光電変換層及び第2の光電変換層をこの順に重ねて備える。
2. Super straight type structure (stacked type)
2-1. Configuration, Action A photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention has a transparent conductive layer, a plurality of photoelectric conversion layers (each photoelectric conversion layer is as described above), and a translucent substrate. A back electrode is provided in this order. Moreover, it is preferable to provide a back surface transparent conductive layer between the photoelectric conversion layer and the back surface electrode. Moreover, it is preferable that the intermediate | middle layer is formed between the two photoelectric conversion layers adjacent up and down. The plurality of photoelectric conversion layers include, for example, a first photoelectric conversion layer and a second photoelectric conversion layer stacked in this order from the substrate side.

第1の光電変換層は光入射側に位置するため、裏面電極側に位置する第2の光電変換層には第1の光電変換層を透過した光のみが入射する。そのため、積層型構造にしたときの利点としては、入射光スペクトル領域を分割して受光させることができるので光の有効活用ができることと、高い開放電圧が得られることが挙げられる。上記効果を高めるために、光入射側である第1の光電変換層の禁制帯幅が第2の光電変換層の禁制帯幅より大きくなるように積層すれば、入射光のうち短波長光は第1の光電変換層で、長波長光は第2の光電変換層で吸収されるので、各波長域を有効に利用することができる。上記各光電変換層は、pinの接合方向が同一になるように積層される。これは光電変換層が3層以上の場合も同様である。   Since the first photoelectric conversion layer is located on the light incident side, only the light transmitted through the first photoelectric conversion layer is incident on the second photoelectric conversion layer located on the back electrode side. For this reason, advantages of the stacked structure include that the incident light spectrum region can be divided and received so that light can be used effectively and a high open-circuit voltage can be obtained. In order to enhance the above effect, if the first photoelectric conversion layer on the light incident side is laminated so that the forbidden band width of the second photoelectric conversion layer is larger than the forbidden band width of the second photoelectric conversion layer, the short wavelength light of the incident light is reduced. Since the long wavelength light is absorbed by the second photoelectric conversion layer in the first photoelectric conversion layer, each wavelength region can be used effectively. Each of the photoelectric conversion layers is stacked so that the pin bonding directions are the same. This is the same when there are three or more photoelectric conversion layers.

2−2.各構成要素
中間層を除く各構成要素の構造、製造方法などは、上述したものと同様である。
2-2. Each component The structure and manufacturing method of each component excluding the intermediate layer are the same as those described above.

中間層は透明導電膜からなることが望ましい。中間層を設けることにより、基板側から第1の光電変換層に入射した光は、中間層にてその一部が反射され、残りの光は中間層を透過して第2の光電変換層に入射するので、各光電変換層への入射光量を制御できる。これにより、各光電変換層の光電流の値が均等化され、各光電変換層にて発生した光生成キャリアが積層型光電変換装置の短絡電流に無駄なく寄与できるため、結果として積層型光電変換装置の短絡電流を増加させ、光電変換効率を向上することができる。   The intermediate layer is preferably made of a transparent conductive film. By providing the intermediate layer, a part of the light incident on the first photoelectric conversion layer from the substrate side is reflected by the intermediate layer, and the remaining light is transmitted through the intermediate layer to the second photoelectric conversion layer. Since the light enters, the amount of light incident on each photoelectric conversion layer can be controlled. As a result, the photocurrent value of each photoelectric conversion layer is equalized, and the photogenerated carriers generated in each photoelectric conversion layer can contribute to the short-circuit current of the stacked photoelectric conversion device without waste, resulting in the stacked photoelectric conversion as a result. The short circuit current of the device can be increased and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

3.サブストレート型構造
3−1.一般的事項
本発明の第3の実施形態に係る光電変換装置は、金属からなる基板上に、又は表面を金属で被覆した基板上に、上記の光電変換層、透明導電層及びグリッド電極をこの順に重ねて備える。この場合、グリッド電極側が光入射面となる。
3. Substrate type structure 3-1. General Matters A photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention includes the photoelectric conversion layer, the transparent conductive layer, and the grid electrode on a substrate made of metal or a substrate whose surface is covered with metal. Prepare one after another. In this case, the grid electrode side is the light incident surface.

3−2.基板
基板には、ステンレス鋼(SUS)又はアルミニウムなどの金属などの基板を用いることができる。また、基板には、ガラス、耐熱性の高分子フィルム(ポリイミド、PET、PEN、PES又はテフロン(登録商標)など)又はセラミックスなどを、金属などで被覆したものを用いてもよい。また、基板には、これらを積層したものを用いてもよい。
3-2. Substrate As the substrate, a substrate such as a metal such as stainless steel (SUS) or aluminum can be used. Further, as the substrate, a glass, a heat-resistant polymer film (such as polyimide, PET, PEN, PES, or Teflon (registered trademark)) or ceramics coated with metal or the like may be used. Moreover, you may use what laminated | stacked these for a board | substrate.

基板は、200℃程度の耐熱性を有するものであることが好ましい。基板は、好ましくは、厚さが0.1〜10mmである。また、基板は、その表面に凹凸を備えてもよい。また、基板には、絶縁膜、導電膜若しくはバッファ層などが形成されていてもよいし、又はこれらを組み合わせた複合層が形成されていてもよい。   The substrate preferably has a heat resistance of about 200 ° C. The substrate preferably has a thickness of 0.1 to 10 mm. Further, the substrate may be provided with irregularities on its surface. In addition, an insulating film, a conductive film, a buffer layer, or the like may be formed over the substrate, or a composite layer combining these may be formed.

3−3.光電変換層
基板上に光電変換層を形成する。光電変換層の構成及び製造方法などは、1−4で述べたものものと同様である。
3-3. Photoelectric conversion layer A photoelectric conversion layer is formed on the substrate. The configuration and manufacturing method of the photoelectric conversion layer are the same as those described in 1-4.

3−4.透明導電層
光電変換層上に、透明導電層を形成する。透明導電層の構成及び製造方法などは、1−3で述べたものと同様である。
3-4. Transparent conductive layer A transparent conductive layer is formed on the photoelectric conversion layer. The configuration and manufacturing method of the transparent conductive layer are the same as those described in 1-3.

3−5.グリッド電極
透明導電層上に、好ましくは、グリッド電極を形成する。グリッド電極の構成及び製造方法などは、公知のものを用いることができる。
3-5. Grid electrode A grid electrode is preferably formed on the transparent conductive layer. Known configurations and manufacturing methods of the grid electrode can be used.

4.その他
本明細書において、「基板上に」という語句には、「保護膜又は絶縁膜などを介して基板上に」という場合なども含まれる。その他の「膜上に」又は「層上に」などの語句についても同様である。
4). Others In this specification, the phrase “on the substrate” includes the case of “on the substrate via a protective film or an insulating film”. The same applies to other words such as “on the membrane” or “on the layer”.

また、「0.1〜9.8原子%」は、その範囲に、0.1原子%及び9.8原子%を含む。その他の範囲についても同様である。   Further, “0.1 to 9.8 atomic%” includes 0.1 atomic% and 9.8 atomic% in the range. The same applies to other ranges.

(実施例1〜実施例8)
1.構造
図1は、本発明の実施例1〜実施例8に係る光電変換装置1の構造を示す断面図である。本実施例に係る光電変換装置1(スーパーストレート型)は、白板ガラス(商品名:Asahi−U)からなる透光性基板3上に、酸化亜鉛からなる透明導電層5、光電変換層7、酸化亜鉛からなる裏面透明導電層9及び銀からなる裏面電極11をこの順で備える。
(Example 1 to Example 8)
1. Structure FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a photoelectric conversion apparatus 1 according to Embodiments 1 to 8 of the present invention. A photoelectric conversion device 1 (super straight type) according to this example includes a transparent conductive layer 5 made of zinc oxide, a photoelectric conversion layer 7 on a translucent substrate 3 made of white plate glass (trade name: Asahi-U), A back transparent conductive layer 9 made of zinc oxide and a back electrode 11 made of silver are provided in this order.

また、光電変換層7は、それぞれ微結晶シリコンからなるp型層7a、i型層7b及びn型層7cをこの順に有し、p型層7aは、炭素原子を含有している。p型層7aの炭素濃度は、成膜条件によって変化し、0.002〜14.8原子%である。   The photoelectric conversion layer 7 has a p-type layer 7a, an i-type layer 7b, and an n-type layer 7c each made of microcrystalline silicon in this order, and the p-type layer 7a contains carbon atoms. The carbon concentration of the p-type layer 7a varies depending on the film forming conditions and is 0.002 to 14.8 atomic%.

2.実施例1〜実施例8に係る光電変換装置の製造
光電変換装置1は、以下の工程で製造した。
2. Production of Photoelectric Conversion Device According to Examples 1 to 8 Photoelectric conversion device 1 was produced by the following steps.

まず、白板ガラス(商品名:Asahi−U)からなる透光性基板3上に、マグネトロンスパッタリング法により、酸化亜鉛からなる透明導電層5を厚さ50nmで形成した。   First, the transparent conductive layer 5 made of zinc oxide was formed to a thickness of 50 nm on the translucent substrate 3 made of white plate glass (trade name: Asahi-U) by magnetron sputtering.

次に、得られた基板上に、プラズマCVD法により、それぞれ微結晶シリコンからなる、p型層7a、i型層7b及びn型層7cをこの順に積層し、光電変換層7を形成した。   Next, on the obtained substrate, a p-type layer 7a, an i-type layer 7b, and an n-type layer 7c each made of microcrystalline silicon were laminated in this order by the plasma CVD method to form the photoelectric conversion layer 7.

p型層7aは、原料ガスとしてSiH4、H2、B26及びCH4を用いた。H2/SiH4ガス流量比は150倍とし、B26/SiH4ガス流量比は、表1記載のように変化させた。CH4/SiH4ガス流量比についても、表1記載のように変化させ、そのときの膜中炭素濃度を表1に併記した。形成温度は140℃とした。なお、該膜中炭素濃度及び水素濃度は、上記p型層について二次イオン質量分析を行った結果得られた値(原子%)を記載した。また、p型層7aの結晶化率を測定した結果を表1に併記した。p型層7aは光活性層であるi型層7bに入射する光量を多くするためにp型層7aとしての機能を損なわない範囲で薄い方が望ましく、本実施例では30nmの膜厚とした。 In the p-type layer 7a, SiH 4 , H 2 , B 2 H 6 and CH 4 were used as source gases. The H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio was 150 times, and the B 2 H 6 / SiH 4 gas flow rate ratio was changed as shown in Table 1. The CH 4 / SiH 4 gas flow rate ratio was also changed as shown in Table 1, and the carbon concentration in the film at that time was also shown in Table 1. The forming temperature was 140 ° C. For the carbon concentration and hydrogen concentration in the film, values (atomic%) obtained as a result of performing secondary ion mass spectrometry on the p-type layer are described. The results of measuring the crystallization rate of the p-type layer 7a are also shown in Table 1. The p-type layer 7a is desirably thin as long as it does not impair the function as the p-type layer 7a in order to increase the amount of light incident on the i-type layer 7b, which is a photoactive layer. In this embodiment, the p-type layer 7a has a thickness of 30 nm. .

i型層7bは、原料ガスとしてSiH4及びH2を用いた。H2/SiH4ガス流量比は80倍、膜厚2500nmとなるように形成した。形成温度は200℃とした。 The i-type layer 7b uses SiH 4 and H 2 as source gases. The H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio was 80 times and the film thickness was 2500 nm. The formation temperature was 200 ° C.

n型層7cは、原料ガスとしてSiH4、H2及びPH3を用いた。H2/SiH4ガス流量比は20倍とし、PH3/SiH4ガス流量比は、膜中リン濃度が0.01原子%となるように調節した。n型層7cの膜厚は20nmとした。形成温度は200℃とした。 For the n-type layer 7c, SiH 4 , H 2 and PH 3 were used as source gases. The H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio was 20 times, and the PH 3 / SiH 4 gas flow rate ratio was adjusted so that the phosphorus concentration in the film was 0.01 atomic%. The film thickness of the n-type layer 7c was 20 nm. The formation temperature was 200 ° C.

次に、マグネトロンスパッタリング法により、厚さ50nmで、酸化亜鉛からなる裏面反射層9を形成した。次に、電子ビーム蒸着法により、厚さ500nmで銀からなる裏面電極11を形成し、スーパーストレート型構造で単接合型の光電変換装置1の製造を完了した。   Next, the back reflective layer 9 made of zinc oxide was formed with a thickness of 50 nm by magnetron sputtering. Next, the back electrode 11 made of silver with a thickness of 500 nm was formed by electron beam evaporation, and the manufacture of the single-junction photoelectric conversion device 1 with a super straight structure was completed.

3.比較例1に係る光電変換装置の製造
p型層7aを形成するのに用いる反応ガスにCH4ガスを含めずに、p型層7aを形成した。その他の条件は、実施例1と同様である。このp型層7aについて、上記実施例と同様の二次イオン質量分析を行った結果、炭素濃度及び水素濃度は、それぞれ0.002原子%及び10.0原子%であった。また、ラマンスペクトル測定から結晶化率は4.3であった。
3. Production of Photoelectric Conversion Device According to Comparative Example 1 The p-type layer 7a was formed without including CH 4 gas in the reaction gas used to form the p-type layer 7a. Other conditions are the same as in the first embodiment. The p-type layer 7a was subjected to secondary ion mass spectrometry similar to that in the above example. As a result, the carbon concentration and the hydrogen concentration were 0.002 atomic% and 10.0 atomic%, respectively. Further, from the measurement of Raman spectrum, the crystallization ratio was 4.3.

4.試験結果
このようにして得られた光電変換装置について、AM1.5(100mW/cm2)照射条件下におけるセル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。結果を表1にまとめた。また、光電変換効率の炭素濃度依存性を図3に示した。なお、図3は、炭素含有層に含まれる炭素濃度と、光電変換効率との関係を示すグラフである。
4). Test Results The photoelectric conversion device thus obtained was measured for current-voltage characteristics with a cell area of 1 cm 2 under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) irradiation conditions. The results are summarized in Table 1. In addition, the dependence of photoelectric conversion efficiency on carbon concentration is shown in FIG. In addition, FIG. 3 is a graph which shows the relationship between the carbon concentration contained in a carbon containing layer, and photoelectric conversion efficiency.

Figure 2005268547
Figure 2005268547

表1と図3から以下のことが分かる。p型層7a形成時にCH4ガスを使用しなかった比較例1のp型層7aが0.002原子%の炭素を含有することより、上記工程で使用したプラズマCVD装置の真空チャンバー内の脱ガス又は残存ガスとして存在する炭素不純物が、ごくわずかに形成時にp型層7a中に混入することを示している。 The following can be understood from Table 1 and FIG. Since the p-type layer 7a of Comparative Example 1 that did not use CH 4 gas at the time of forming the p-type layer 7a contains 0.002 atomic% of carbon, the plasma CVD apparatus used in the above-described process is removed from the vacuum chamber. It shows that carbon impurities existing as gas or residual gas are mixed in the p-type layer 7a at the time of formation.

比較例1は開放電圧が0.500Vであるのに対し、炭素濃度が0.1原子%以上となるようにp型層7aを形成した実施例1〜8では、いずれもこの値を上回る開放電圧及び短絡電流密度が得られた。特に、実施例5で開放電圧の向上効果は最大となり、0.553Vの開放電圧が得られた。   In Comparative Example 1, the open-circuit voltage is 0.500 V, whereas in Examples 1 to 8 in which the p-type layer 7a is formed so that the carbon concentration is 0.1 atomic% or more, the open-circuit exceeds this value. Voltage and short circuit current density were obtained. In particular, in Example 5, the effect of improving the open circuit voltage was maximized, and an open circuit voltage of 0.553 V was obtained.

実施例1〜実施例7において開放電圧、ひいては光電変換効率が向上した原因は、p型層7aのバンドギャップが広がって拡散電位が増加したこと、上記炭素原子を含むアモルファス相による結晶粒界の界面パッシベーション及びp/i型層7a、7b界面パッシベーションの効果により界面再結合が低減したこと、などの効果(炭素添加による光電変換効率向上効果)が得られたためであると考えられる。   The reasons why the open circuit voltage and thus the photoelectric conversion efficiency were improved in Examples 1 to 7 were that the band gap of the p-type layer 7a was widened and the diffusion potential was increased, and that the grain boundary due to the amorphous phase containing carbon atoms was increased. This is considered to be due to the fact that interface recombination was reduced by the effects of interface passivation and p / i-type layers 7a and 7b interface passivation (an effect of improving the photoelectric conversion efficiency by adding carbon).

炭素濃度が0.01原子%である実施例1は、炭素原子によるバンドギャップの増加、並びに結晶粒界及びp/i型層7a、7b界面のパッシベーション効果があまり得られない炭素濃度であるため、比較例1と比較して光電変換効率があまり変化しなかったと考えられる。すなわち、光電変換効率を大きく向上させるためには、p型層7a中の炭素濃度を0.1原子%以上とすることが好ましい。   Example 1 in which the carbon concentration is 0.01 atomic% is a carbon concentration at which the band gap increase due to the carbon atoms and the passivation effect of the crystal grain boundaries and the p / i-type layers 7a and 7b are not obtained so much. It is considered that the photoelectric conversion efficiency did not change much compared to Comparative Example 1. That is, in order to greatly improve the photoelectric conversion efficiency, it is preferable that the carbon concentration in the p-type layer 7a is 0.1 atomic% or more.

また、炭素濃度が3.3原子%以上である実施例3〜実施例7では、炭素濃度が3.3原子%より低い実施例1及び2よりも、大きな開放電圧向上効果が得られており、もって光電変換効率の向上が大きい。その理由は、実施例3〜実施例7では、その炭素濃度が、炭素原子によるバンドギャップの増加並びに結晶粒界やp/i型層7a、7b界面及びパッシベーション効果が相乗的に現れる十分な量であったからであると考えられる。従って、光電変換効率をさらに大きく向上させるためには、p型層7a中の炭素濃度を3.3原子%以上とすることが好ましい。
また、炭素濃度が14.8原子%である実施例8は、その光電変換効率については、比較例1のものよりも低い。その原因は、形状因子が大きく低下していることから、炭素濃度が14.8原子%以上の場合には、i型層7bとの界面においてバンドギャップの不連続とミスマッチが大きくなるためであると考えられる。従って、光電変換効率を向上させるためには、p型層7a中の炭素濃度を9.8原子%以下とすることが好ましい。
Further, in Examples 3 to 7 where the carbon concentration is 3.3 atomic% or more, a larger open circuit voltage improvement effect is obtained than in Examples 1 and 2 where the carbon concentration is lower than 3.3 atomic%. Thus, the photoelectric conversion efficiency is greatly improved. The reason is that in Examples 3 to 7, the carbon concentration is a sufficient amount in which the increase in the band gap due to carbon atoms, the crystal grain boundaries, the interface between the p / i-type layers 7a and 7b, and the passivation effect appear synergistically. It is thought that it was because it was. Therefore, in order to further improve the photoelectric conversion efficiency, it is preferable to set the carbon concentration in the p-type layer 7a to 3.3 atomic% or more.
Moreover, Example 8 whose carbon concentration is 14.8 atomic% is lower than the thing of the comparative example 1 about the photoelectric conversion efficiency. This is because the shape factor is greatly reduced, and when the carbon concentration is 14.8 atomic% or more, the discontinuity and mismatch of the band gap increase at the interface with the i-type layer 7b. it is conceivable that. Therefore, in order to improve the photoelectric conversion efficiency, it is preferable that the carbon concentration in the p-type layer 7a is 9.8 atomic% or less.

(実施例9〜実施例12) (Example 9 to Example 12)

p型層7aを形成する際の成膜温度を表2記載のように変化させて、p型層7aを形成した。その他の条件は、実施例5と同様である。なお、図1は、本発明の実施例9〜実施例12に係る光電変換装置1の構造を示す断面図でもある。   The film formation temperature when forming the p-type layer 7a was changed as shown in Table 2 to form the p-type layer 7a. Other conditions are the same as in Example 5. FIG. 1 is also a cross-sectional view illustrating the structure of the photoelectric conversion device 1 according to the ninth to twelfth embodiments of the present invention.

このようにして得られた光電変換装置について、AM1.5(100mW/cm2)照射条件下におけるセル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。結果を表2にまとめた。また、光電変換効率の炭素濃度依存性を図4に示した。なお、図4は、炭素含有層に含まれる水素濃度と、光電変換効率との関係を示すグラフである。 The photoelectric conversion device thus obtained was measured for current-voltage characteristics with a cell area of 1 cm 2 under irradiation conditions of AM 1.5 (100 mW / cm 2 ). The results are summarized in Table 2. Further, the dependence of photoelectric conversion efficiency on carbon concentration is shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration contained in the carbon-containing layer and the photoelectric conversion efficiency.

Figure 2005268547
Figure 2005268547

表2と図4から以下のことが分かる。p型層7aの水素濃度が3原子%である実施例9では開放電圧が0.508V、短絡電流密度が23.1mA/cm2、形状因子が0.701、変換効率が8.23%であるのに対し、水素濃度が5〜15原子%となるようにp型層7aを形成した実施例5、10及び11では、いずれにおいてもこの値を上回る開放電圧、短絡電流密度及び形状因子が得られ、光電変換効率が実施例9よりも大きくなった。この原因としては、実施例9は、その水素濃度が低いため、微結晶シリコンのバンドギャップが小さくなること、透過率が低くなること、及び水素原子によるパッシベーション効果が十分得られないことなどが考えられる。すなわち、上記炭素添加による光電変換効率向上効果を十分得るためには、p型層7aの水素濃度を5原子%以上とすることが好ましい。 The following can be seen from Table 2 and FIG. In Example 9 where the hydrogen concentration of the p-type layer 7a is 3 atomic%, the open circuit voltage is 0.508 V, the short-circuit current density is 23.1 mA / cm 2 , the form factor is 0.701, and the conversion efficiency is 8.23%. On the other hand, in Examples 5, 10 and 11 in which the p-type layer 7a is formed so that the hydrogen concentration is 5 to 15 atomic%, the open circuit voltage, the short-circuit current density and the shape factor which exceed these values in all cases. Obtained and the photoelectric conversion efficiency became larger than Example 9. FIG. The cause of this is that Example 9 has a low hydrogen concentration, so that the band gap of microcrystalline silicon is reduced, the transmittance is lowered, and the passivation effect by hydrogen atoms cannot be sufficiently obtained. It is done. That is, in order to sufficiently obtain the effect of improving the photoelectric conversion efficiency due to the carbon addition, it is preferable that the hydrogen concentration of the p-type layer 7a is 5 atomic% or more.

水素濃度が18原子%である実施例12は、その他の実施例よりも光電変換効率が低下していた。また、その形状因子が大きく低下した。この原因の一つとして、実施例12のp型層7aの水素濃度が高いため、微結晶シリコン中に過剰に入り込んだ水素原子によってシリコンの原子配列が乱され、欠陥を生成している可能性が考えられる。すなわち、上記炭素添加による光電変換効率向上効果を十分得るためには、p型層7aの水素濃度を15原子%以下とすることが望ましい。   Example 12 in which the hydrogen concentration was 18 atomic% had a lower photoelectric conversion efficiency than the other examples. In addition, the form factor was greatly reduced. As one of the causes, since the hydrogen concentration of the p-type layer 7a of Example 12 is high, there is a possibility that the atomic arrangement of silicon is disturbed by hydrogen atoms that have excessively entered microcrystalline silicon, thereby generating defects. Can be considered. That is, in order to sufficiently obtain the effect of improving the photoelectric conversion efficiency due to the carbon addition, it is desirable that the hydrogen concentration of the p-type layer 7a is 15 atomic% or less.

また、p型層7aの水素濃度を18原子%まで増加させるためには、p型層7aの形成中に低温で多量の原子状水素を供給する必要があるが、そのような状態では基板上に十分な均一性をもったp型層を形成することは困難である。p型層7a形成温度を50℃としたことで18原子%の水素濃度を持つp型層7aが得られた実施例12においては、形状因子が大きく低下した。この原因の一つとしてp型層7aが基板上に不均一に形成された場所でリーク電流が発生した可能性が考えられる。p型層7a形成温度を90℃とした実施例11においてはp型層7aが基板上に均一に形成され、形状因子の大きな低下が見られていないことから、p型層7a形成温度は90℃以上とすることが望ましい。   In order to increase the hydrogen concentration of the p-type layer 7a to 18 atomic%, it is necessary to supply a large amount of atomic hydrogen at a low temperature during the formation of the p-type layer 7a. It is difficult to form a p-type layer having sufficient uniformity. In Example 12 in which the p-type layer 7a having a hydrogen concentration of 18 atomic% was obtained by setting the p-type layer 7a formation temperature to 50 ° C., the shape factor was greatly reduced. One possible cause is that a leak current may have occurred where the p-type layer 7a is unevenly formed on the substrate. In Example 11 in which the p-type layer 7a formation temperature was 90 ° C., the p-type layer 7a was uniformly formed on the substrate, and no significant reduction in the shape factor was observed. It is desirable to set the temperature to be equal to or higher.

p型層7aの形成温度が300℃である実施例9においては、実施例5、10及び11と比較して光電変換効率が低下している。この原因は、実施例9のp型層7a形成温度が高温であることに起因して微結晶シリコン中からの水素原子の脱離が生じやすくなること、及び微結晶シリコン成長表面における水素被覆率の低下により結晶相の体積分率が低下したことなどが考えられる。また、p型層7aは微結晶シリコンカーバイドの結晶相を含む必要がないため、p型層の形成温度をとりわけ高温にする必要はなく、したがってp型層7a形成温度は250℃以下とすることが望ましい。   In Example 9 where the formation temperature of the p-type layer 7a is 300 ° C., the photoelectric conversion efficiency is lower than in Examples 5, 10 and 11. This is due to the fact that the formation temperature of the p-type layer 7a in Example 9 is high, so that desorption of hydrogen atoms from the microcrystalline silicon is likely to occur, and the hydrogen coverage on the microcrystalline silicon growth surface. It is conceivable that the volume fraction of the crystal phase has decreased due to the decrease in. Further, since the p-type layer 7a does not need to contain a crystal phase of microcrystalline silicon carbide, the p-type layer need not be formed at a particularly high temperature. Therefore, the p-type layer 7a should be formed at a temperature of 250 ° C. or lower. Is desirable.

よって、上述した5〜15原子%の水素濃度を持つp型層7aを形成するためにはp型層7a形成温度を90〜250℃にすることが望ましい。   Therefore, in order to form the above-described p-type layer 7a having a hydrogen concentration of 5 to 15 atomic%, it is desirable that the p-type layer 7a formation temperature be 90 to 250 ° C.

以上の考察によれば、p型層7aの炭素濃度が0.1〜9.8原子%である場合に、p型層7aのワイドバンドギャップ化並びに結晶粒界及びp/i型層7a、7b界面のパッシベーション効果などにより、界面層を形成することなく光電変換効率の高い光電変換装置を得ることができる。従って、この場合、高効率化に加えて、低コスト化及び歩留まりの向上に大きく寄与することができると考えられる。
また、p型層7aの炭素濃度を3.3〜9.8原子%とすることで、さらに開放電圧が高く、従って、さらに光電変換効率の高い光電変換装置を得ることができるので望ましい。また、p型層7aの水素濃度が5〜15原子%の範囲であれば炭素原子添加効果を十分に得ることができるのでより望ましい。また、上記範囲の水素濃度を持つp型層7aを形成するために、形成温度を90〜250℃とすることが望ましい。
(実施例13及び実施例14)
According to the above consideration, when the carbon concentration of the p-type layer 7a is 0.1 to 9.8 atomic%, the wide band gap of the p-type layer 7a and the crystal grain boundaries and the p / i-type layer 7a, A photoelectric conversion device with high photoelectric conversion efficiency can be obtained without forming an interface layer due to the passivation effect of the 7b interface or the like. Therefore, in this case, in addition to high efficiency, it can be considered that it can greatly contribute to cost reduction and yield improvement.
Further, it is desirable that the carbon concentration of the p-type layer 7a is 3.3 to 9.8 atomic%, since a higher open-circuit voltage is obtained, and thus a photoelectric conversion device with higher photoelectric conversion efficiency can be obtained. Further, it is more preferable that the hydrogen concentration of the p-type layer 7a is in the range of 5 to 15 atomic% because the effect of adding carbon atoms can be sufficiently obtained. Moreover, in order to form the p-type layer 7a having a hydrogen concentration in the above range, it is desirable that the formation temperature is 90 to 250 ° C.
(Example 13 and Example 14)

1.構造
図2は、本発明の実施例13及び実施例14に係る光電変換装置13の構造を示す断面図である。本実施例に係る光電変換装置13は、白板ガラス(商品名:Asahi−U)からなる透光性基板3上に、酸化亜鉛からなる透明導電層5、第1の光電変換層17、第2の光電変換層27、酸化亜鉛からなる裏面透明導電層9及び銀からなる裏面電極11をこの順で積層してなる。
1. Structure FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the photoelectric conversion device 13 according to Embodiment 13 and Embodiment 14 of the present invention. The photoelectric conversion device 13 according to this example includes a transparent conductive layer 5 made of zinc oxide, a first photoelectric conversion layer 17, and a second on a light-transmitting substrate 3 made of white plate glass (trade name: Asahi-U). The back surface conductive layer 9 made of zinc oxide and the back electrode 11 made of silver are laminated in this order.

また、光電変換層17は、それぞれ微結晶シリコンからなるp型層17a、i型層17b及びn型層17cをこの順に積層して構成され、光電変換層27は、それぞれ微結晶シリコンからなるp型層27a、i型層27b及びn型層27cをこの順に積層して構成される。実施例13では、p型層17aは、炭素原子を含有しておらず、p型層27aは、炭素原子を含有している。実施例14では、p型層17a及び27aの両方が、炭素原子を含有している。   The photoelectric conversion layer 17 is configured by stacking a p-type layer 17a, an i-type layer 17b, and an n-type layer 17c made of microcrystalline silicon in this order, and the photoelectric conversion layer 27 is made of p-type made of microcrystalline silicon. The mold layer 27a, the i-type layer 27b, and the n-type layer 27c are stacked in this order. In Example 13, the p-type layer 17a does not contain a carbon atom, and the p-type layer 27a contains a carbon atom. In Example 14, both p-type layers 17a and 27a contain carbon atoms.

2.実施例13に係る光電変換装置の製造
実施例13に係る光電変換装置13は、以下の工程で製造した。
2. Production of photoelectric conversion device according to Example 13 Photoelectric conversion device 13 according to Example 13 was produced by the following steps.

まず、白板ガラス(商品名:Asahi−U)からなる透光性基板3上に、マグネトロンスパッタリング法により、酸化亜鉛からなる透明導電層5を厚さ50nmで形成した。   First, the transparent conductive layer 5 made of zinc oxide was formed to a thickness of 50 nm on the translucent substrate 3 made of white plate glass (trade name: Asahi-U) by magnetron sputtering.

次に、得られた基板上に、プラズマCVD法により、それぞれ微結晶シリコンからなる、p型層17a、i型層17b及びn型層17cをこの順に積層して光電変換層17を形成し、さらに、p型層27a、i型層27b及びn型層27cをこの順に積層して光電変換層27を形成した。   Next, a p-type layer 17a, an i-type layer 17b, and an n-type layer 17c, each made of microcrystalline silicon, are stacked in this order on the obtained substrate by a plasma CVD method, thereby forming a photoelectric conversion layer 17. Further, the photoelectric conversion layer 27 was formed by laminating the p-type layer 27a, the i-type layer 27b, and the n-type layer 27c in this order.

第1の光電変換層17についてはp型層17aの形成時にCH4ガスを使用せず、第2の光電変換層27についてはp型層27aの形成時にCH4ガスを使用した。 For the first photoelectric conversion layer 17, CH 4 gas was not used when the p-type layer 17a was formed, and for the second photoelectric conversion layer 27, CH 4 gas was used when the p-type layer 27a was formed.

p型層17aは、原料ガスとしてSiH4、H2及びB26を使用し、H2/SiH4ガス流量比は5倍とし、B26/SiH4ガス流量比は膜中ボロン濃度が0.01原子%となるように調節した。p型層17aの膜厚は、20nmとした。 The p-type layer 17a uses SiH 4 , H 2 and B 2 H 6 as source gases, the H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio is 5 times, and the B 2 H 6 / SiH 4 gas flow rate ratio is boron in the film. The concentration was adjusted to 0.01 atomic%. The film thickness of the p-type layer 17a was 20 nm.

i型層17bは、原料ガスとしてSiH4及びH2を用いた。H2/SiH4ガス流量比は20倍、膜厚300nmとなるように形成した。 The i-type layer 17b uses SiH 4 and H 2 as source gases. The H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio was 20 times and the film thickness was 300 nm.

n型層17cは、原料ガスとしてSiH4、H2及びPH3を用いた。H2/SiH4ガス流量比は20倍とし、PH3/SiH4ガス流量比は、膜中リン濃度が0.01原子%となるように調節した。n型層17cの膜厚は、20nmとした。 For the n-type layer 17c, SiH 4 , H 2 and PH 3 were used as source gases. The H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio was 20 times, and the PH 3 / SiH 4 gas flow rate ratio was adjusted so that the phosphorus concentration in the film was 0.01 atomic%. The film thickness of the n-type layer 17c was 20 nm.

第2の光電変換層27のp型層27a、i型層27b及びn型層27cの形成条件及び膜厚は、それぞれ実施例5と同一とした。したがって、p型層27aの膜中炭素濃度及び水素濃度は、それぞれ5.1原子%及び10原子%である。   The formation conditions and film thicknesses of the p-type layer 27a, i-type layer 27b, and n-type layer 27c of the second photoelectric conversion layer 27 were the same as those in Example 5. Accordingly, the carbon concentration and the hydrogen concentration in the p-type layer 27a are 5.1 atomic percent and 10 atomic percent, respectively.

次に、マグネトロンスパッタリング法により、厚さ50nmで、酸化亜鉛からなる裏面反射層9を形成した。次に、電子ビーム蒸着法により、厚さ500nmで銀からなる裏面電極11を形成し、スーパーストレート型構造で積層型の光電変換装置13の製造を完了した。
3.実施例14に係る光電変換装置の製造
本実施例においては、第1及び第2の光電変換層17、27のp型層17a、27aの両方の形成時に、CH4ガスを使用した。その他の条件は、実施例13と同様である。p型層17a形成時のH2/SiH4ガス流量比は5倍、B26/SiH4ガス流量比は膜中ボロン濃度が0.01原子%となるように調節し、CH4/SiH4ガス流量比は、膜中炭素濃度が5.1原子%となるように調節した。水素濃度は10.0原子%である。
Next, the back reflective layer 9 made of zinc oxide was formed with a thickness of 50 nm by magnetron sputtering. Next, the back electrode 11 made of silver with a thickness of 500 nm was formed by electron beam evaporation, and the manufacture of the stacked photoelectric conversion device 13 with a super straight type structure was completed.
3. Production of Photoelectric Conversion Device According to Example 14 In this example, CH 4 gas was used when forming both the p-type layers 17a and 27a of the first and second photoelectric conversion layers 17 and 27. Other conditions are the same as in Example 13. The H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio at the time of forming the p-type layer 17a is 5 times, and the B 2 H 6 / SiH 4 gas flow rate ratio is adjusted so that the boron concentration in the film becomes 0.01 atomic%, and CH 4 / The SiH 4 gas flow ratio was adjusted so that the carbon concentration in the film was 5.1 atomic%. The hydrogen concentration is 10.0 atomic%.

4.比較例2に係る光電変換装置の製造
第1及び第2の光電変換層17、27のp型層17a、27aの形成するのに用いる反応ガスにCH4ガスを含めずに、p型層17a、27aを形成した。その他の条件は、実施例13と同様である。p型層27a形成時のH2/SiH4ガス流量比は150倍、B26/SiH4ガス流量比は膜中ボロン濃度が0.01原子%となるように調節した。
4). Production of photoelectric conversion device according to Comparative Example 2 The reaction gas used for forming the p-type layers 17a and 27a of the first and second photoelectric conversion layers 17 and 27 does not include CH 4 gas, and the p-type layer 17a 27a was formed. Other conditions are the same as in Example 13. The H 2 / SiH 4 gas flow rate ratio at the time of forming the p-type layer 27a was adjusted to 150 times, and the B 2 H 6 / SiH 4 gas flow rate ratio was adjusted so that the boron concentration in the film was 0.01 atomic%.

5.試験結果
このようにして得られた光電変換装置について、AM1.5(100mW/cm2)照射条件下におけるセル面積1cm2の電流−電圧特性を測定した。結果を表3にまとめた。
5). Test Results The photoelectric conversion device thus obtained was measured for current-voltage characteristics with a cell area of 1 cm 2 under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) irradiation conditions. The results are summarized in Table 3.

Figure 2005268547
Figure 2005268547

第1及び第2の光電変換層17、27のp型層17a、27aがともに炭素原子をほとんど含有しない比較例2と比べて、第2の光電変換層27のp型層27aが5.1原子%の炭素原子を含有する実施例13は、開放電圧及び短絡電流密度が大きく、高い変換効率が得られた。これは、第2の光電変換層27が、p型層膜中に0.1〜9.8原子%の炭素原子及び5〜15原子%の水素原子を含有することにより、第2の光電変換層27において開放電圧及び短絡電流密度向上効果が得られたためであると考えられる。   Compared to Comparative Example 2 in which both the p-type layers 17a and 27a of the first and second photoelectric conversion layers 17 and 27 contain almost no carbon atoms, the p-type layer 27a of the second photoelectric conversion layer 27 is 5.1. In Example 13 containing atomic% of carbon atoms, the open circuit voltage and short circuit current density were large, and high conversion efficiency was obtained. This is because the second photoelectric conversion layer 27 contains 0.1 to 9.8 atomic% carbon atoms and 5 to 15 atomic% hydrogen atoms in the p-type layer film. This is probably because the effect of improving the open circuit voltage and the short circuit current density was obtained in the layer 27.

さらに、第1及び第2の光電変換層17、27のp型層17a、27aがともに5.1原子%の炭素原子を含有する実施例14は、第2の光電変換層27に加えて第1の光電変換層17も開放電圧及び短絡電流密度向上効果が得られるため、実施例13より高い変換効率が得られた。   Furthermore, in Example 14 in which the p-type layers 17 a and 27 a of the first and second photoelectric conversion layers 17 and 27 both contain 5.1 atomic% of carbon atoms, Since the photoelectric conversion layer 17 of 1 also has the effect of improving the open circuit voltage and the short circuit current density, higher conversion efficiency than that of Example 13 was obtained.

以上の考察によれば、第1及び第2の光電変換層17、27のp型層17a、27aに炭素原子を0.1〜9.8原子%含有させること、及び水素原子を5〜15原子%含有させることにより、積層型光電変換装置においても単層型光電変換装置と同様の開放電圧及び短絡電流密度の増加により、光電変換効率が向上することが明らかとなった。   According to the above consideration, the p-type layers 17a and 27a of the first and second photoelectric conversion layers 17 and 27 contain 0.1 to 9.8 atomic% of carbon atoms, and 5 to 15 hydrogen atoms. It has been clarified that the photoelectric conversion efficiency is improved in the stacked photoelectric conversion device by increasing the open-circuit voltage and the short-circuit current density as in the single-layer photoelectric conversion device.

本発明の実施例1〜実施例12に係る光電変換装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus which concerns on Example 1-Example 12 of this invention. 本発明の実施例13及び実施例14に係る光電変換装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus which concerns on Example 13 and Example 14 of this invention. 炭素含有層に含まれる炭素濃度と、光電変換効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the carbon concentration contained in a carbon content layer, and photoelectric conversion efficiency. 炭素含有層に含まれる水素濃度と、光電変換効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the hydrogen concentration contained in a carbon content layer, and photoelectric conversion efficiency.

符号の説明Explanation of symbols

1 単層型光電変換装置
3 透光性基板
5 透明導電層
7 光電変換層
9 裏面透明導電層
11 裏面電極
13 積層型光電変換層
17 第1の光電変換層
27 第2の光電変換層
7a、17a、27a p型層
7b、17b、27b i型層
7c、17c、27c n型層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single layer type photoelectric conversion apparatus 3 Translucent substrate 5 Transparent conductive layer 7 Photoelectric conversion layer 9 Back surface transparent conductive layer 11 Back surface electrode 13 Stacked type photoelectric conversion layer 17 1st photoelectric conversion layer 27 2nd photoelectric conversion layer 7a, 17a, 27a p-type layer 7b, 17b, 27b i-type layer 7c, 17c, 27c n-type layer

Claims (6)

半導体からなる第1導電型層、微結晶半導体からなるi型層及び半導体からなる第2導電型層をこの順に重ねて有する光電変換層を備え、第1導電型層及び第2導電型層の少なくとも一方は、炭素原子を含有した微結晶シリコンからなる炭素含有層である光電変換装置。   A photoelectric conversion layer having a first conductive type layer made of a semiconductor, an i-type layer made of a microcrystalline semiconductor, and a second conductive type layer made of a semiconductor stacked in this order, and the first conductive type layer and the second conductive type layer At least one is a photoelectric conversion device which is a carbon-containing layer made of microcrystalline silicon containing carbon atoms. 炭素含有層は、その中に含まれる炭素原子の濃度が0.1〜9.8原子%である請求項1に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the carbon-containing layer has a concentration of carbon atoms contained in the carbon-containing layer of 0.1 to 9.8 atomic%. 炭素含有層は、その中に含まれる炭素原子の濃度が3.3〜9.8原子%である請求項1に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the carbon-containing layer has a concentration of carbon atoms contained in the carbon-containing layer of 3.3 to 9.8 atomic%. 炭素含有層は、その中に含まれる水素原子の濃度が5〜15原子%である請求項1〜3の何れか1つに記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the carbon-containing layer has a concentration of hydrogen atoms contained therein of 5 to 15 atomic%. 炭素含有層は、90〜250℃で形成される請求項1〜4の何れか1つに記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon-containing layer is formed at 90 to 250 ° C. 透光性基板上に、透明導電層、請求項1〜5の何れか1つに記載の光電変換層及び裏面電極をこの順で重ねて備える光電変換装置。   A photoelectric conversion device comprising a transparent conductive layer, the photoelectric conversion layer according to any one of claims 1 to 5 and a back electrode stacked in this order on a translucent substrate.
JP2004079048A 2004-03-18 2004-03-18 Photoelectric conversion device Expired - Fee Related JP4443274B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004079048A JP4443274B2 (en) 2004-03-18 2004-03-18 Photoelectric conversion device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004079048A JP4443274B2 (en) 2004-03-18 2004-03-18 Photoelectric conversion device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005268547A true JP2005268547A (en) 2005-09-29
JP4443274B2 JP4443274B2 (en) 2010-03-31

Family

ID=35092775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004079048A Expired - Fee Related JP4443274B2 (en) 2004-03-18 2004-03-18 Photoelectric conversion device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4443274B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008288568A (en) * 2007-04-19 2008-11-27 Mitsubishi Materials Corp Conductive reflecting film and method of manufacturing the same
WO2009035112A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-19 Mitsubishi Materials Corporation Composite membrane for super straight solar cell, process for producing the composite membrane for super straight solar cell, composite membrane for substraight solar cell, and process for producing the composite membrane for substraight solar cell
JP2009088489A (en) * 2007-09-12 2009-04-23 Mitsubishi Materials Corp Composite film for super straight type thin film solar battery and method of manufacturing the same
JP2010087480A (en) * 2008-08-08 2010-04-15 Mitsubishi Materials Corp Composite film for substraight type solar cell and method of manufacturing the same
US8816193B2 (en) 2006-06-30 2014-08-26 Mitsubishi Materials Corporation Composition for manufacturing electrode of solar cell, method of manufacturing same electrode, and solar cell using electrode obtained by same method
US8822814B2 (en) 2006-10-11 2014-09-02 Mitsubishi Materials Corporation Composition for electrode formation and method for forming electrode by using the composition

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8816193B2 (en) 2006-06-30 2014-08-26 Mitsubishi Materials Corporation Composition for manufacturing electrode of solar cell, method of manufacturing same electrode, and solar cell using electrode obtained by same method
US9312404B2 (en) 2006-06-30 2016-04-12 Mitsubishi Materials Corporation Composition for manufacturing electrode of solar cell, method of manufacturing same electrode, and solar cell using electrode obtained by same method
US9620668B2 (en) 2006-06-30 2017-04-11 Mitsubishi Materials Corporation Composition for manufacturing electrode of solar cell, method of manufacturing same electrode, and solar cell using electrode obtained by same method
US8822814B2 (en) 2006-10-11 2014-09-02 Mitsubishi Materials Corporation Composition for electrode formation and method for forming electrode by using the composition
JP2008288568A (en) * 2007-04-19 2008-11-27 Mitsubishi Materials Corp Conductive reflecting film and method of manufacturing the same
US8758891B2 (en) 2007-04-19 2014-06-24 Mitsubishi Materials Corporation Conductive reflective film and production method thereof
US10020409B2 (en) 2007-04-19 2018-07-10 Mitsubishi Materials Corporation Method for producing a conductive reflective film
WO2009035112A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-19 Mitsubishi Materials Corporation Composite membrane for super straight solar cell, process for producing the composite membrane for super straight solar cell, composite membrane for substraight solar cell, and process for producing the composite membrane for substraight solar cell
JP2009088489A (en) * 2007-09-12 2009-04-23 Mitsubishi Materials Corp Composite film for super straight type thin film solar battery and method of manufacturing the same
JP2012253393A (en) * 2007-09-12 2012-12-20 Mitsubishi Materials Corp Composite film for super straight type thin film solar battery, and method of manufacturing the same
US8921688B2 (en) 2007-09-12 2014-12-30 Mitsubishi Materials Corporation Composite film for superstrate solar cell having conductive film and electroconductive reflective film formed by applying composition containing metal nanoparticles and comprising air pores of preset diameter in contact surface
JP2010087480A (en) * 2008-08-08 2010-04-15 Mitsubishi Materials Corp Composite film for substraight type solar cell and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP4443274B2 (en) 2010-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gordon et al. 8% Efficient thin‐film polycrystalline‐silicon solar cells based on aluminum‐induced crystallization and thermal CVD
EP2110859B1 (en) Laminate type photoelectric converter and method for fabricating the same
JP2004014958A (en) Thin film polycrystalline solar cell and manufacturing method therefor
JP2009033208A (en) Method for manufacturing stacked photovoltaic device
JP2001267611A (en) Thin-film solar battery and its manufacturing method
US20090314337A1 (en) Photovoltaic devices
JP5145456B2 (en) Solar cell module and manufacturing method thereof
JP2014049675A (en) Solar cell and method of manufacturing the same
US20090014066A1 (en) Thin-Film Photoelectric Converter
JP4443274B2 (en) Photoelectric conversion device
JP4864077B2 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
KR101484620B1 (en) Silicon solar cell
JP2001028452A (en) Photoelectric conversion device
JP2015056493A (en) Solar cell module
KR101000051B1 (en) Thin-Film Type Solar Cell and Manufacturing Method thereof
JP4215697B2 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
JP4441377B2 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
JP5770294B2 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
KR20120127910A (en) Heterojunction solar cell and manufacturing method therefor
JP6285713B2 (en) Crystalline silicon solar cell and solar cell module
JP6143520B2 (en) Crystalline silicon solar cell and manufacturing method thereof
JP4441298B2 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
KR20100098138A (en) Heterojunction silicon solar cell and method for fabricating the same
JP6653696B2 (en) Photoelectric conversion element
JP6689757B2 (en) Photoelectric conversion element, solar cell module including the same, and photovoltaic power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060622

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081216

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090213

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100105

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100112

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4443274

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees